El trigo es un cultivo objetivo dentro del contexto de la seguridad alimentaria. Las respuestas de las plantas de trigo bajo concentraciones elevadas de CO ([CO]) han sido estudiadas previamente; sin embargo, pocos de estos estudios han evaluado varios órganos en diferentes etapas fenológicas simultáneamente bajo condiciones de enriquecimiento de CO en aire libre (FACE). El objetivo principal de este estudio fue evaluar el efecto de [CO] en dos cultivares de trigo (Triumph y Norin), analizados en tres etapas fenológicas (elongación, antésis y maduración) y en diferentes órganos en cada etapa, bajo condiciones de FACE. Se examinaron dinámicas agronómicas, de biomasa, fisiológicas, de carbono (C) y nitrógeno (N) en ambos niveles de CO ambiental ([CO]) fijado en 415 umol mol CO y [CO] en 550 umol mol CO. Encontramos un efecto mínimo de [CO] en comparación con [CO] en parámetros agronómicos y de biomasa. Además, aunque la exposición a 550 umol mol CO aumentó la tasa fotosintética de asimilación de CO (An), el estudio actual mostró una disminución en la carboxilación máxima () y en el transporte electrónico máximo () bajo condiciones de [CO] en comparación con [CO] a nivel fisiológico en ambos cultivares. Sin embargo, aunque no se detectaron diferencias significativas entre cultivares en la maquinaria fotosintética, se detectaron respuestas diferenciales entre cultivares en las dinámicas de C y N a [CO]. Triumph mostró acumulación de almidón en la mayoría de los órganos durante la antésis y la maduración, pero se observó una disminución en el contenido de N. En contraste, en Norin, se observó una disminución en el contenido de almidón durante las tres etapas y un aumento en el contenido de N. El contenido de aminoácidos disminuyó en granos y cáscaras en la maduración en ambos cultivares, lo que podría indicar una mínima translocación de órganos fuente a órganos sumidero. Estos resultados sugieren una mayor aclimatación al enriquecimiento de [CO] en Triumph que en Norin, ya que tanto la etapa de elongación como [CO] modificaron la relación fuente-sumidero. De acuerdo con las diferencias entre cultivares, se deberían realizar estudios futuros para probar la variación genética bajo la tecnología FACE y explorar el potencial de los cultivares para hacer frente a los escenarios climáticos proyectados.